這是關(guān)于大額外維度系列文章的第一篇。

我常說(shuō)，區(qū)分真正科學(xué)與偽科學(xué)的標(biāo)志之一是：在兩種情境下，你都可以說(shuō)出腦海中閃現(xiàn)的任何瘋狂想法，但在真正的科學(xué)中，你有義務(wù)認(rèn)真對(duì)待這個(gè)想法。

想象一個(gè)深夜，你和朋友們聚在一起。拋出些天馬行空的想法?；蛟S涉及某些違禁品，或許只需要美酒與奶酪的搭配。然后你冒出一個(gè)大膽的想法，并且足夠勇敢地與大家分享："嘿，各位，聽(tīng)著。如果宇宙有更多維度呢？"

強(qiáng)有力的想法。有趣的想法。很可能錯(cuò)誤的想法，但這從未阻止過(guò)我們。在偽科學(xué)領(lǐng)域，思路大多到此為止，或者只是開(kāi)始拋出一些與此松散相關(guān)的分支想法。

但如果你對(duì)滿屋子的物理學(xué)家說(shuō)出這個(gè)想法，你會(huì)看到神奇的事情發(fā)生。你會(huì)看到這些非常嚴(yán)肅、非常聰明的人認(rèn)真對(duì)待它。認(rèn)真對(duì)待一個(gè)瘋狂的想法意味著什么？意味著我們將要探究這個(gè)想法是否真的行得通，以及是否有辦法檢驗(yàn)它。

那么，宇宙是否存在額外維度呢？好吧，讓我們認(rèn)真對(duì)待這個(gè)想法，看看它能將我們引向何方。

要判斷一個(gè)瘋狂、古怪而又可能絕妙的想法，在我們所處的真實(shí)世界中是否真的行得通，我們必須做兩件事。實(shí)際上，是三件。第一，我們必須看看這個(gè)新想法是否能解決我們可能存在的任何問(wèn)題。它能否化解一個(gè)長(zhǎng)期存在的矛盾？它能否提供新的見(jiàn)解？它能否解釋一個(gè)持久的謎團(tuán)？要讓這個(gè)新想法奏效，它必須，你知道，發(fā)揮作用，因此它必須在幫助我們更深入理解宇宙的旅程中提供助力。

第二，要使這個(gè)想法成立，它必須與已知的物理學(xué)相容。這并不意味著它不能打破任何現(xiàn)有理論。如果物理學(xué)家有喜歡做的事，那就是打碎他們所有的玩具。但我們必須弄清楚什么被打破了，以及在哪里、為什么被打破，以便理解新想法的含義。

第三，我們必須利用這個(gè)新想法做出預(yù)測(cè)。我們要檢驗(yàn)這個(gè)家伙，所以我們需要有目標(biāo)可指。有東西可探測(cè)。有東西可以剝開(kāi)，看看內(nèi)部情況。

最后，我們需要設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這些檢驗(yàn)。我們需要新的天文臺(tái)或?qū)ψ矙C(jī)嗎？我們能使用舊的、存檔的數(shù)據(jù)嗎？我們能利用現(xiàn)有裝置，調(diào)整某個(gè)旋鈕，從新角度觀察事物嗎？大自然是檢驗(yàn)我們想法的最終裁決者，我們必須對(duì)它進(jìn)行測(cè)試。

關(guān)于宇宙可能存在更多維度這一點(diǎn)，這三件事我們都做了！我們?nèi)匀徊恢朗欠翊嬖诖蟮念~外維度（抱歉，我想這算是劇透了），但這是因?yàn)檫@是一個(gè)非常棘手、艱難的問(wèn)題，需要很多細(xì)微的考量和謹(jǐn)慎的處理，而且在科學(xué)中很少能得到非黑即白的明確答案。你得到的反而是一連串的"哦，這很有趣"，然后"或許……它能行"，接著"不，結(jié)果證明那是錯(cuò)誤的方法"，然后是"如果我們?cè)囋囘@個(gè)怎么樣呢？"

正如我所說(shuō)，我們要認(rèn)真對(duì)待我們的想法，即使是那些瘋狂的想法。

額外維度的概念早在19世紀(jì)就已流行于大眾想象之中。例如，看看洛夫克拉夫特神話中的怪物就知道了。但物理學(xué)家真正抓住這個(gè)想法是在1919年，當(dāng)時(shí)一位名叫西奧多·卡魯扎的人說(shuō)："嘿，阿爾伯特，你有一個(gè)在四維中運(yùn)作的非常棒的廣義相對(duì)論。那么，如果我們給它增加一個(gè)額外維度呢？我認(rèn)為這可能解決科學(xué)中一些長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。"

看到了嗎？認(rèn)真對(duì)待這個(gè)瘋狂的想法！

卡魯扎的理論解決了一個(gè)統(tǒng)一性的問(wèn)題。他發(fā)現(xiàn)，如果增加一個(gè)額外的空間維度，你就可以寫出一組單一的方程，同時(shí)包含引力和電磁力。這很巧妙。這告訴我們，在這兩種截然不同的力之間可能存在更深層次的聯(lián)系，這將開(kāi)啟許多很酷的發(fā)現(xiàn)、見(jiàn)解和技術(shù)奇跡。

一個(gè)問(wèn)題：那個(gè)額外維度究竟在哪里？如果我出去散步，我可以選擇任何方向：左或右，前或后，甚至上或下。并沒(méi)有我不知何故一直忽略的額外移動(dòng)自由度。沒(méi)有明顯垂直于所有其他方向的方向。

我們正在認(rèn)真對(duì)待這個(gè)想法，而這個(gè)想法必須與我們已知的關(guān)于宇宙的一切聯(lián)系起來(lái)。所以，如果一個(gè)額外維度給我們帶來(lái)了物理學(xué)上的新見(jiàn)解，那么這個(gè)額外維度存在于哪里？

七年后，也就是1926年，奧斯卡·克萊因提出了一個(gè)關(guān)于額外維度可能所在之處的想法。就在這里。就在我們面前，但卷曲得如此之小，以至于我們從未注意到。你知道機(jī)場(chǎng)X光掃描儀使用的那些滾動(dòng)傳送帶嗎？把它們想象成緊致維度。你把包滾下去，它只沿一個(gè)方向移動(dòng)。但在這個(gè)過(guò)程中，它環(huán)繞了所有那些卷曲在第二個(gè)維度上的小滾輪。你注意不到那個(gè)額外的運(yùn)動(dòng)，只看到包向下滾動(dòng)。

要使這個(gè)想法成立，額外維度（或者如果你膽子大，可以是多個(gè)維度）必須非常、非常小，小到接近普朗克尺度，我們說(shuō)的是大約10^-33厘米左右。為了理解這個(gè)尺度，你，就是你坐在那里的身體，其大小與整個(gè)可觀測(cè)宇宙的大小相比的差距，要比普朗克尺度與你的大小之間的差距小得多。

這非常小，小到我們?cè)谌粘Ｉ钪?，甚至日常的高能物理?shí)驗(yàn)中都無(wú)法察覺(jué)。

對(duì)于愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，你們已經(jīng)知道，卡魯扎-克萊因理論（這個(gè)想法后來(lái)被稱為此）會(huì)沉寂幾十年，然后以弦理論支柱的形式重新出現(xiàn)，而弦理論后來(lái)要求的不只是一個(gè)，也不是兩個(gè)，而是10個(gè)（或者也許是11個(gè)，取決于愛(ài)德華·威滕今天的心情）緊致額外維度。同樣，所有這些維度都在近乎普朗克尺度上卷曲著，所以我們沒(méi)有希望直接觀測(cè)到它們。

但我今天不談弦理論。我對(duì)超小、超卷曲、過(guò)于可愛(ài)的額外維度不感興趣。我感興趣的是大額外維度。顯然，這些維度不能太大。否則我們現(xiàn)在就應(yīng)該已經(jīng)注意到它們了。但也許它們可以比普朗克尺度大（公平地說(shuō)，這幾乎意味著一切），也許這些大額外維度與所有其他事物的相互作用并沒(méi)有那么大。

那么，讓我們認(rèn)真對(duì)待這個(gè)想法。如果存在沒(méi)有卷曲在普朗克尺度的額外維度，它們能為我們做什么嗎？它們能完成一些工作嗎？

未完待續(xù)……

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